共模噪声滤波器

技术领域

本发明有关于一种滤波器，尤指一种用以抑制共模噪声的滤波器。

背景技术

随着科技的快速发展，讯号传输速度越来越快，当讯号路径通过不连续结构，例如：穿层贯孔、曲折布线或连接器接口，非常容易产生噪声而造成电磁干扰(EMI)或射频干扰(RFI)的问题。当EMI或RFI发生时，电子产品之内部组件的运作将会受到影响。

以往为了解决EMI或RFI的问题，最常使用铁磁性材料，例如：共模扼流圈(Common-Mode Choke，CMC)，来进行抑制，其利用电磁材料的高电感特性抑制共模噪声的产生。然而，电磁材料的导磁(permeability)系数于高频时衰减非常迅速，因此，其不适用于GHz层级的高速讯号接口之上。

后来，抑制共模噪声的相关电路陆续地被提出，例如：具备缺陷式接地结构(Defected Ground Structure)或立体蕈状结构(Mushroom Structure)的共模噪声抑制电路。那些共模噪声反射电路通常在电路中建置一共振腔构造，以利用共振腔构造来抑制共模噪声。缺陷式接地结构或立体蕈状结构的共模噪声反射电路亦可在GHz的高频运作下对于共模噪声有效地抑制。

传统的共模噪声抑制电路通常为一反射式的共模噪声抑制电路，其电路运作时，会将大部分的共模噪声反射至前级电路，以防止共模噪声透过不连续面辐射。然而，反射后的共模噪声亦可能传递至其他的辐射组件，这对于通讯系统而言仍会存在有电磁干扰的问题。

有鉴于此，本发明提出一创新的共模噪声滤波器，其滤波器不仅以吸收方式抑制共模噪声，且能够有效抑制较宽广频带的共模噪声，将会是本发明的目的。

发明内容

本发明的一目的，在于提出一种共模噪声滤波器，其中共模噪声滤波器包括有一第一传输构造、一第二传输构造及一第一共模噪声抑制电路，第一传输构造的一第一讯号输入端及一第一讯号输出端之间串联至少一第一电感，第二传输构造的一第二讯号输入端及一第二讯号输出端之间串联至少一第二电感，两第一电容串联在第一讯号输入端及第二讯号输入端间且共连接一第一节点，第一共模噪声抑制电路连接在第一节点与一接地间且包括一损耗性组件及一电容组件，损耗性组件及电容组件以串联或并联方式在第一节点与接地间；于此，在第一共模噪声抑制电路之中设置电容组件，共模噪声滤波器将可以在多个频带产生共振，进而利用损耗性组件吸收较宽广频带的共模噪声。

本发明又一目的，在于提出一种共模噪声滤波器，其中共模噪声滤波器更包括一第二共模噪声抑制电路，两第二电容串联在第一讯号输出端及第二讯号输出端间且共连接一第二节点，第二共模噪声抑制电路连接在第二节点与接地间且包括一电感组件，第二共模噪声抑制电路将利用电感组件反射共模噪声，以避免共模噪声经由传输构造的输出端传送至共模噪声滤波器后端连接的一电子通讯装置而干扰到电子通讯装置的运作。

为达成上述目的，本发明提供一种共模噪声滤波器，包括：一第一传输构造，包括一第一讯号输入端及一第一讯号输出端，在第一讯号输入端及第一讯号输出端之间串联至少一第一电感；一第二传输构造，包括一第二讯号输入端及一第二讯号输出端，在第二讯号输入端及第二讯号输出端之间串联有至少一第二电感，其中第一传输构造与第二传输构造组成为一对差动传输构造，对差动传输构造用以传输一差动讯号；两第一电容，串联在第一讯号输入端及第二讯号输入端间或第一电感之一端与第二电感之一端间，其中两第一电容共连接至一第一节点；及一第一共模噪声抑制电路，连接在第一节点与一接地间，包括一第二电容及一第一损耗性组件，第二电容串联或并联第一损耗性组件，第一共模噪声抑制电路利用第一损耗性组件吸收一共模噪声。

本发明一实施例中，第一电感及第二电感之间产生一互感。

本发明一实施例中，第一电感并联一第三电容，而第二电感并联一第四电容。

本发明一实施例中，共模噪声滤波器更包括有一第五电容及一第六电容，第一电感之两端分别连接第五电容之一端与第六电容之一端，第二电感之两端分别连接第六电容之另一端与第五电容之另一端。

本发明一实施例中，第一共模噪声抑制电路更包括一第三电感，第三电感之一端连接第一节点而另一端透过并联的第一损耗性组件及第二电容接地。

本发明一实施例中，第一共模噪声抑制电路更包括一第三电感，第一损耗性组件之一端透过并联的第二电容及第三电感连接第一节点而另一端接地。

本发明一实施例中，共模噪声滤波器更包括有两第七电容及一第二共模噪声抑制电路，两第七电容串联在第一讯号输出端及第二讯号输出端间或第一电感之另一端与第二电感之另一端间，两第七电容共连接至一第二节点，第二共模噪声抑制电路连接在第二节点与接地间且包括一第四电感，第一共模噪声抑制电路利用第四电感反射共模噪声。

本发明一实施例中，第二共模噪声抑制电路更包括一第八电容，第八电容串联或并联第四电感。

本发明一实施例中，第二共模噪声抑制电路更包括一损耗性组件，损耗性组件以并联或串联方式连接第四电感及第八电容。

本发明一实施例中，第一节点与并联的第二电容及第三电感间设置有一第五电感。

本发明一实施例中，第一共模噪声抑制电路更包括一第三电感，第三电感串联第一损耗性组件，第二电容与串联的第三电感及第一损耗性组件并联在第一节点与接地间。

附图说明

图1：本发明共模噪声滤波器一实施例的电路图。

图2：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图3：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图4：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图5：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图6：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图7：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图8：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图9：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图10：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图11：图6共模噪声滤波器吸收共模噪声的量测图。

图12：图9共模噪声滤波器吸收共模噪声的量测图。

图13：图10共模噪声滤波器吸收共模噪声的量测图。

附图标记说明：100-共模噪声滤波器；101-共模噪声滤波器；102-共模噪声滤波器；103-共模噪声滤波器；104-共模噪声滤波器；105-共模噪声滤波器；106-共模噪声滤波器；107-共模噪声滤波器；11-第一传输构造；111-第一电感；1110-互感；112-第三电容；12-第二传输构造；121-第二电感；122-第四电容；130-第一节点；131-第一电容；132-第五电容；133-第六电容；140-第二节点；141-第七电容；15-第一共模噪声抑制电路；151-第一损耗性组件；152-第二电容；153-第三电感；154-第五电感；17-第二共模噪声抑制电路；171-第四电感；172-第八电容；201-曲线；202-曲线；203-曲线。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明共模噪声滤波器一实施例的电路图。如图1所示，本发明共模噪声滤波器100包括一第一传输构造11及一第二传输构造12。第一传输构造11与第一传输构造12组成为一对差动传输架构，其用以传输一差动讯号。

第一传输构造11包括一第一讯号输入端(In+)及一第一讯号输出端(Out+)。在第一讯号输入端(In+)及第一讯号输出端(Out+)之间串联至少一第一电感111。第二传输构造12包括一第二讯号输入端(In-)及一第二讯号输出端(Out-)。在第二讯号输入端(In-)及第二讯号输出端(Out-)之间串联有至少一第二电感121。

两第一电容131串联在第一讯号输入端(In+)与第二讯号输入端(In-)之间或串联在第一电感111之左侧端与第二电感121之左侧端间，并且两第一电容131共连接至一第一节点130。本发明一较佳实施例中，第一节点130之上下两侧的第一电容131其电容值亦可为相等。第一传输构造11透过两第一电容131与第二传输构造12连接，以在第一电感111与第一电容131以及第二电感121与第一电容131分别形成一低通滤波器。

此外，共模噪声滤波器100更包括一第一共模噪声抑制电路15。第一共模噪声抑制电路15连接在第一节点130与一接地间。本发明之接地系为一RF接地(RF ground)或一直流参考电位。第一共模噪声抑制电路15包括一第一损耗性组件151及一第二电容152。第一损耗性组件151与第二电容152以并联形式或串联形式连接在第一节点130与接地间。在本发明中，第一损耗性组件151之阻抗的实部不等于零，且第一损耗性组件151亦可为一阻抗组件或一可消耗电磁波能量的组件。

第一共模噪声抑制电路15与其连接的第一电容131组合形成一第一共振电路。当第一共振电路发生共振时，差动传输构造11、12上所传输的共模噪声将被导引至第一共模噪声抑制电路15，透过第一共模噪声抑制电路15的第一损耗性组件151吸收共模噪声。在此，在第一共模噪声抑制电路15之中设置电容组件(如第二电容152)，共模噪声滤波器100将可以在多个频带产生共振，以便有效抑制较宽广频带的共模噪声。

本发明又一实施例中，如图2所示，第一传输构造11的第一电感111与第二传输构造12的第二电感121之间亦可产生电磁感应而形成一互感1110，以便增加第一电感111及第二电感121的电感量，进而加大第一电感111及第二电感121对于共模噪声的感抗，达到衰减共模噪声的目的。

请参阅图3，为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图3所示，相较于上述实施例共模噪声滤波器100，本实施例共模噪声滤波器101之第一传输构造11的各第一电感111分别并联有一第三电容112，而第二传输构造12的各第二电感121分别并联有一第四电容122。

请参阅图4，为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图4所示，相较于上述实施例共模噪声滤波器100，本实施例共模噪声滤波器102更包括有一第五电容132及一第六电容133。第一电感111之左右端分别连接第五电容132之一端与第六电容133之一端，而第二电感121之左右端分别连接第六电容133之另一端与第五电容132之另一端。于此，第五电容132及第六电容133系以交错的形式设置在第一传输构造11及第二传输构造12之间。

请参阅图5，为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图5所示，相较于上述实施例共模噪声滤波器100，本实施例共模噪声滤波器103的第一共模噪声抑制电路15更包括有至少一第三电感153。第三电感153之一端连接第一节点130，而另一端透过并联的第一损耗性组件151及第二电容152接地。

请参阅图6，为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图6所示，本实施例共模噪声滤波器104的第一共模噪声抑制电路15包括一第一损耗性组件151、一第二电容152及一第三电感153。第二电容152并联第三电感153，第一损耗性组件151之一端透过并联的第二电容152及第三电感153连接第一节点130而另一端接地。再者，本实施例共模噪声滤波器104更包括有两第七电容141及一第二共模噪声抑制电路17。两第七电容141串联在第一讯号输出端(Out+)与第二讯号输出端(Out-)之间或串联在第一电感111之右侧端与第二电感121之右侧端间，并且两第七电容141共连接至一第二节点140。本发明一较佳实施例中，第二节点140之上下两侧的第七电容141其电容值亦可为相等。

第二共模噪声抑制电路17连接在第二节点140与接地间。第二模噪声抑制电路17包括一第四电感171。第四电感171连接在第二节点140与接地间。第二共模噪声抑制电路17的第四电感171与其连接的第七电容141组合形成一第二共振电路。当第二共振电路发生共振时，被差动传输构造11、12所传输的共模噪声将被导引至第二共模噪声抑制电路17而被第二共模噪声抑制电路17所反射，藉以避免共模噪声经由差动传输构造11、12的第一讯号输出端(Out+)及第二讯号输出端(Out-)传送至共模噪声滤波器104后端连接的一电子通讯装置而干扰到电子通讯装置的运作。

本发明一实施例中，第一传输构造11之第一讯号输入端(In+)及第一讯号输出端(Out+)之间串联多个第一电感111，而第二传输构造12之第二讯号输入端(In-)及第二讯号输出端(Out-)之间串联多个第二电感121。各第一电感111之两侧与各第二电感121之两侧分别透过第一电容131或第七电容141串接第一共模噪声抑制电路15及/或第二共模噪声抑制电路17。于此，共模噪声滤波器104将以多阶形式的共模噪声抑制电路15、17来抑制共模噪声。

另，进一步，如图7所示，本实施例第一共模噪声抑制电路15更包括一第五电感154。第五电感154以串联形式连接在第一节点130与并联的第二电容152及第三电感153间。

请参阅图8为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图8所示，在本实施例共模噪声滤波器105的第一共模噪声抑制电路15中，第一损耗性组件151串联第三电感153，而第二电容152与串联的第一损耗性组件151及第三电感153并联在第一节点130与接地间。

请参阅第9图为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。相较于图6实施例的共模噪声滤波器104，本实施例的共模噪声滤波器106的第二共模噪声抑制电路17更包括有一第八电容172。第八电容172以并联方式或串联方式连接第四电感171。如此，第二共模噪声抑制电路17透过第八电容172的增设，以便共模噪声滤波器106能够在多个频带产生共振而有效抑制较宽广频带的共模噪声。当然，实际电路设计时，也能够在第二共模噪声抑制电路17之中配置有一另一损耗性组件，而使得第二共模噪声抑制电路17具备有吸收共模噪声的功效。再者，另一损耗性组件以并联或串联方式与第四电感171及第八电容172连接一起。

再者，如图6至图9所示，第一共模噪声抑制电路15与第二共模噪声抑制电路17之间的电路回路为一无回授的电路连接方式，例如：第一共模噪声抑制电路15与第二共模噪声抑制电路17分别透过第一电容131及第七电容141与传输构造11、12的第一电感111及第二电感121连接，低频时，第一电容131及第七电容141呈现断路，第一共模噪声抑制电路15与第二共模噪声抑制电路17之间的电路回路将会断开，因此，讯号不会回授传输在第一共模噪声抑制电路15与第二共模噪声抑制电路17之间；或者，高频时，第一电感111与第七电容141呈现断路，第一共模噪声抑制电路15与第二共模噪声抑制电路17之间的电路回路也会断开，因此，讯号也不会回授传输在第一共模噪声抑制电路15与第二共模噪声抑制电路17之间。

请参阅图11、图12及图13，分别为图6共模噪声滤波器吸收共模噪声的量测图、图9共模噪声滤波器吸收共模噪声的量测图及图10共模噪声滤波器吸收共模噪声的量测图。相较于图6实施例的共模噪声滤波器104之第一共模噪声抑制电路15以及图9实施例的共模噪声滤波器106之第一共模噪声抑制电路15，图10共模噪声滤波器107之第一共模噪声抑制电路15仅有第一损耗性组件151及第三电感153，并未设置有第二电容152。

对于三共模噪声滤波器104、106、107分别进行共模噪声吸收率的量测，将可以量测出曲线201、202、203。其中，曲线201为一图6共模噪声滤波器104之共模噪声吸收率曲线，曲线202为一图9共模噪声滤波器106之共模噪声吸收率的曲线，而曲线203为一图10共模噪声滤波器107之共模噪声吸收率的曲线。曲线201、202与曲线203进行比较，共模噪声滤波器104及106分别产生有两次共振，而共模噪声滤波器105仅产生一次共振。并且，图6共模噪声滤波器104在0.7GHz～1.1GHz以及2.4GHz～5GHz的频带对于共模噪声都会有50％以上的吸收率，图9共模噪声滤波器106在0.6GHz～0.9GHz以及1.8GHz～3.2GHz的频带对于共模噪声都会有50％以上的吸收率，而图10共模噪声滤波器107仅在0.6GHz～1.2GHz的频带对于共模噪声会有50％以上的吸收率。由此可见，在第一共模噪声抑制电路15中增设一电容组件，共模噪声滤波器104、106将可以在多个频带产生共振，以便有效抑制较宽广频带的共模噪声。

以上所述者，仅为本发明之一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求所述之形状、构造、特征及精神所为之均等变化与修饰，均应包括于本发明之权利要求内。